Maria Skłodowska Curie
Des rayons uraniques au Radium
Maria Salomea Skłodowska (1867-1934)
Le 10 décembre 1903, Marie Skłodowska Curie reçoit avec son mari Pierre Curie et Henri Becquerel, le prix Nobel de physique « en reconnaissance de leurs services rendus, par leur recherche commune sur le phénomène des radiations découvert par le professeur Henri Becquerel ». Elle est la première femme à recevoir un prix Nobel.
Le 10 décembre 1911, elle reçoit son second Prix Nobel « en reconnaissance des services pour l’avancement de la chimie par la découverte de nouveaux éléments : le radium et le polonium, par l’étude de leur nature et de leurs composés ».
Maria Skłodowska et Pierre Curie
1) Les rayons uraniques et thoriques
En 1896 Henri Becquerel découvre accidentellement le phénomène de la radioactivité au cours de ses recherches sur la fluorescence des cristaux. Il découvre la propriété des sels d’uranium d’émettre spontanément un rayonnement pénétrant, auquel il donne le nom de rayons uraniques.
En décembre 1897, Marie Curie commence à l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris des travaux de thèse sur l'étude des rayonnements produits par l'uranium. Elle analyse les rayonnements d’un minerai riche en uranium, la pechblende.
Les textes encadrés sont extraits de la thèse de Marie Skłodowska Curie
« recherche sur les substances radioactives » (1903).
[…]
Dans les travaux qui vont suivre vous allez utiliser vos connaissances actuelles sur la radioactivité. Ces connaissances n’existaient pas à l’époque.
Marie Skłodowska Curie a contribué à leur élaboration.
a) mesure de l’intensité du rayonnement
b) Comparaison des rayonnements de l’Uranium et du Thorium
En utilisant vos connaissances relatives aux rayonnements radioactifs, expliquez pourquoi ilsprovoquent l’ionisation de l’air.
[On mesure la]
[…]
[…]
Comment expliquez-vous la différence de comportement desrayons « uraniques » et
« thoriques » ?
La partie qui suit suppose l’utilisation d’un appareil de comptage, comme par exemple le CRAB, mais les sources rédioactives ont normalement été supprimées dans les établissements scolaires :
On pourra utiliser uniquement la simulation geiger.swf (en lien ci-dessous) pour comparer avec la méthode de Marie.
c) Observations : le CRAB
L’appareil permet d’effectuer un comptage proportionnel au nombre de particules émises par une source radioactive, à l’aide d’un compteur Geiger-Müller.
La source est constituée de Césium (55, 137) radioactif - (noyau fils : Baryum Ba).
- Influence des écrans
Testez l’influence des écrans d’aluminium, puis de plomb, sur l’activité mesurée.
- Radioactivité d’une roche
Vous disposez d’un échantillon de roche contenant de la chalcolite (phosphate de cuivre et d’uranium).
- Le compteur Geiger-Müller
Quel est le point commun avec l’appareil demesure de Marie ?
Interprétez.
Observations ?2) La découverte de nouveaux éléments chimiques.
Dans un laboratoire de fortune où Marie et pierre Curie étudient la pechblende, ils découvrent deux nouveaux éléments. Le 18 juillet 1898, Marie Curie annonce la découverte du polonium, nommé ainsi en référence à son pays d’origine. Le 26 décembre, avec Gustave Bémont, elle annonce la découverte du radium ; il aura fallu traiter plusieurs tonnes de résidu de pechblende pour obtenir moins d’un gramme de cet élément.
Le traitement de la pechblende par l’industrie minière pour extraire l’uranium donne un résidu qui contient des sulfates de plomb et de calcium, des oxydes de fer, de l’alumine, de la silice et une grande diversité de métaux. Tous ces constituants sont éliminés par divers traitements chimiques. On obtient finalement, pour une tonne de résidu traité, 8 kg de chlorure de baryum« radifère » qui contient le RADIUM.
Chalcolite ou torbernite (phosphate de cuivre et d’uranium)
Uraninite (Pechblende) (dioxyde d’uranium UO2)
a) Extraction du RADIUM.
EXPERIENCE :
Pourquoi le radium accompagne-t-il chimiquement le
baryum ?
Schématiser, en simplifiant,
le procédé de cristallisation fractionnée.
Pourquoi ce procédé permet-il de purifier le
chlorure de radium ?
b) Spectre du RADIUM : confirmation de la découverte d’un nouvel élément chimique.
[…]
[…]
Qu’est ce qui permet à Demarçay de détecter la présence d’un nouvel
élément chimique ?
Illustration expérimentale :
c) Masse atomique molaire du radium
Ra C12.
[…]
[…]
Vérifiez les calculs de Marie
Expliquez
la place du radium dans le tableau de
Mendeleïev.
Marie Curie obtient environ un décigramme de chlorure de radium pur. Eugène Demarçay estime que ce produit ne contient qu’une « quantité minime de baryum, incapable d’influer d’une façon appréciable sur le poids atomique ». Marie dose alors, à l’état de chlorure d’argent, le chlore contenu dans une masse connue de chlorure de radium ; elle obtient par différence une masse atomique du radium de 225 ± 1. Elle procédera à une détermination plus précise en 1907 et obtiendra 226,3 (la valeur admise aujourd’hui est de 226).
Les valeurs admises aujourd’hui, en g.mol-1
sont : Ag = 107,9
Cl = 35,5 Ba = 137,3
Ra = 226
3) Nature du processus radioactif.
aAlpha, beta, gamma
[…]
[…]
[…]
[…]
[…]
Commentexpliquez-vous le fait que le Radium émette
aussi bien des particules
que ?
Qu’en est-il du polonium ?
d) Interrogations sur la nature du processus
[…]
Lister les hypothèses émises.
Marie indique que« l’énergie radioactive » du radium ne semble pas
s’épuiser : comment expliquer cette observation alors que
nous connaissons maintenant la
décroissance radioactive ?
